DE102013105304A1 - Process for the preparation of a powdery precursor material, powdery precursor material and its use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Precursormaterials der folgenden allgemeinen Zusammensetzung I oder II oder III oder IV: I: (CaySr1-y)AlSiN3:X1 II: (CabSraLi1-a-b)AlSi(N1-cFc)3:X2 III: Z5-δAl4-2δSi8+2δN18:X3 IV: (Z1-dLid)5-δAl4-2δSi8+2δ(N1-xFx)18:X4 mit den Verfahrensschritten: A) Herstellen einer pulverförmigen Mischung von Edukten, wobei die Edukte Ionen der oben genannten Zusammensetzungen I und/oder II und/oder III und/oder IV umfasst, B) Glühen der Mischung unter Schutzgasatmosphäre, anschließendes Mahlen, wobei im Verfahrensschritt A) als Edukt mindestens ein Siliziumnitrid mit einer spezifischen Oberfläche von größer oder gleich 5 m2/g und kleiner oder gleich 100 m2/g ausgewählt wird, wobei das Glühen im Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 1550 °C durchgeführt wird.The invention relates to a process for producing a pulverulent precursor material of the following general composition I or II or III or IV: I: (CaySr1-y) AlSiN3: X1 II: (CabSraLi1-ab) AlSi (N1-cFc) 3: X2 III: Z5-δAl4-2δSi8 + 2δN18: X3 IV: (Z1-dLid) 5-δAl4-2δSi8 + 2δ (N1-xFx) 18: X4 with the process steps: A) producing a powdery mixture of educts, where the educts are ions of the above B) annealing of the mixture under a protective gas atmosphere, followed by milling, wherein in process step A) as starting material at least one silicon nitride having a specific surface area of greater than or equal to 5 m2 / g and less than or equal to 100 m2 / g, the annealing in step B) being carried out at a temperature of less than or equal to 1550 ° C.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Precursormaterials, ein pulverförmiges Precursormaterial und die Verwendung des pulverförmigen Precursormaterials in einem optoelektronischen Bauelement.The invention relates to a method for producing a powdery precursor material, a powdery precursor material and the use of the pulverulent precursor material in an optoelectronic component.
In optoelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Leuchtdioden (LED), werden keramische Materialien oder keramische Leuchtstoffe eingesetzt, welche von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung einer ersten Wellenlänge in eine Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge umwandeln. Die keramischen Materialien zeichnen sich unter anderem durch eine hohe thermische Belastbarkeit aufgrund ihrer guten Wärmeabführung aus. Ein keramisches Vormaterial oder Leuchtstoffpecursormaterial oder Precursormaterial erfordert eine geringe Partikelgröße für eine hohe Sinterfähigkeit, um es leicht Keramikprozessen, wie Tape Casting oder Spark Plasma Sintern (SPS) unterwerfen zu können. In optoelectronic components, such as light emitting diodes (LEDs), ceramic materials or ceramic phosphors are used, which convert radiation emitted by a radiation source of a first wavelength into radiation having a second wavelength. The ceramic materials are characterized among other things by a high thermal load capacity due to their good heat dissipation. A ceramic precursor or phosphor precursor or precursor material requires a small particle size for high sinterability to easily subject it to ceramic processes such as tape casting or spark plasma sintering (SPS).
Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Precursormaterials anzugeben. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein pulverförmiges Precursormaterial und seine Verwendung anzugeben. Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. An object to be solved is to specify an improved method for producing a pulverulent precursor material. Other objects are to provide a powdery precursor material and its use. These objects are achieved by the subject matters with the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Precursormaterials angegeben, welches die folgenden allgemeinen Zusammensetzungen I und/oder II und/oder III und/oder IV aufweist:
- I: (CaySr1-y)AlSiN3:X1
- II: (CabSraLi1-a-b)AlSi(N1-cFc)3:X2
- III: Z5-δAl4-2δSi8+2δN18:X3
- IV: (Z1-dLid)5-δAl4-2δSi8+2δ(N1-xFx)18:X4
- I: (Ca y Sr 1-y ) Al Si 3 : X1
- II: (Ca b Sr a Li 1-ab ) AlSi (N 1 -c F c ) 3 :
X 2 - III: Z 5-δ Al 4-2δ Si 8 + 2δ N 18 : X 3
- IV: (Z 1-d Li d ) 5-δ Al 4-2δ Si 8 + 2δ (N 1 -x F x ) 18 : X4
Dabei ist X1 und X2 und X3 und X4 jeweils ein Aktivator, der aus der Gruppe der Lanthanoide, Mn2+ und/oder Mn4+ ausgewählt ist,
wobei Z aus folgender Gruppe und Kombinationen daraus ausgewählt ist: Ca, Sr, Mg
wobei gilt: 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ a < 1 und 0 ≤ b < 1 und 0 < c ≤ 1 und │δ│ ≤ 0,5 und 0 ≤ x < 1 und 0 ≤ d < 1. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
- A) Herstellen einer pulverförmigen Mischung von Edukten, wobei die Edukte Ionen der oben genannten Zusammensetzung I und/oder II und/oder III und/oder IV umfasst,
- B) Glühen der Mischung unter Schutzgasatmosphäre, anschließendes Mahlen, wobei im Verfahrensschritt A) als Edukt mindestens ein Siliziumnitrid mit einer spezifischen Oberfläche von größer oder gleich 5 m2/g und kleiner oder gleich 100 m2/g ausgewählt wird, wobei das Glühen im Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 1550 °C durchgeführt wird.
wherein Z is selected from the following group and combinations thereof: Ca, Sr, Mg
where 0 ≦ y ≦ 1 and 0 ≦ a <1 and 0 ≦ b <1 and 0 <c ≦ 1 and │δ│ ≦ 0.5 and 0 ≦ x <1 and 0 ≦ d <1. The method shows the following process steps:
- A) producing a pulverulent mixture of educts, where the educts comprises ions of the abovementioned composition I and / or II and / or III and / or IV,
- B) annealing the mixture under a protective gas atmosphere, then grinding, wherein in process step A) as the starting material at least one silicon nitride having a specific surface area greater than or equal to 5 m 2 / g and less than or equal to 100 m 2 / g is selected, wherein the annealing in Process step B) is carried out at a temperature of less than or equal to 1550 ° C.
X1 und/oder X2 und/oder X3 und/oder X4 wirken hier als Aktivatoren oder Dotierstoffe. Der Aktivator kann sich dabei in das Kristallgitter der Kationen des pulverförmigen Precursormaterials der oben genannten allgemeinen Zusammensetzung I oder II oder III oder IV einbauen. Der Aktivator kann ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Aktivator zweiwertiges Mangan (Mn2+) und/oder vierwertiges Mangan (Mn4+) sein. Der Aktivator kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium umfasst. Insbesondere ist der Aktivator Europium, Cer und/oder Lanthan. Bei Einsatz von dreiwertigen Elementen als Aktivator, beispielsweise Ce3+, ist die Ladungsneutralität nicht gegeben. Daher ist in der Regel eine Ladungskompensation nötig. Die Konzentration des Aktivators in dem pulverförmigen Precursormaterial kann 0,1 bis 20 mol%, insbesondere 0,01 bis 5 mol%, beispielsweise 0,5 mol% sein.X1 and / or X2 and / or X3 and / or X4 act here as activators or dopants. The activator can be incorporated into the crystal lattice of the cations of the powdery precursor material of the abovementioned general composition I or II or III or IV. The activator may comprise one or more elements from the group of lanthanides. Alternatively or additionally, the activator may be divalent manganese (Mn 2+ ) and / or tetravalent manganese (Mn 4+ ). The activator may be selected from a group comprising lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium. In particular, the activator is europium, cerium and / or lanthanum. When using trivalent elements as an activator, for example Ce 3+ , the charge neutrality is not given. Therefore, a charge compensation is usually necessary. The concentration of the activator in the powdery precursor material may be 0.1 to 20 mol%, especially 0.01 to 5 mol%, for example 0.5 mol%.
Unter Schutzgasatmosphäre kann beispielsweise eine inerte oder eine reduzierende Atmosphäre verstanden werden. Eine reduzierende Atmosphäre schließt nicht aus, dass in dieser reduzierenden Atmosphäre Sauerstoff vorhanden ist. A protective gas atmosphere can be understood as meaning, for example, an inert or a reducing atmosphere. A reducing atmosphere does not exclude oxygen being present in this reducing atmosphere.
Unter │δ│ ≤ 0,5 kann der Bereich –0,5 ≤ δ ≤ 0,5 verstanden werden.Under │δ│ ≤ 0.5, the range -0.5 ≤ δ ≤ 0.5 can be understood.
Die geglühte Mischung kann nach dem Mahlen je nach Bedarf noch gesiebt werden. The annealed mixture can be sieved after grinding as needed.
Mit dem oben genannten Verfahren können besonders fein verteilte pulverförmige Precursormaterialien hergestellt werden. Durch die Wahl geeigneter Syntheseparameter und Edukte kann Einfluss auf die Partikelgröße beziehungsweise die Korngröße bzw. den Korngrößenwert des resultierenden pulverförmigen Precursormaterials genommen werden. Dabei spielt insbesondere die Reaktivität der Edukte beispielsweise der eingesetzten Nitride eine Rolle. With the above-mentioned method, particularly finely divided pulverulent precursor materials can be produced. The choice of suitable synthesis parameters and educts can influence the particle size or the particle size or the particle size value of the resulting pulverulent precursor material. In particular, the reactivity of the educts, for example, the nitrides used plays a role.
In dem Verfahrensschritt A) kann gemäß einer Ausführungsform als Nitrid Siliziumnitrid (Si3N4) und Aluminiumnitrid (AlN) und/oder Calciumnitrid (Ca3N2) ausgewählt oder eingesetzt werden. Ein entscheidender Parameter für die Reaktivität solcher Nitride ist ihre spezifische Oberfläche. Die spezifische Oberfläche meint hier die Oberfläche des Materials je Gewichtseinheit. Die spezifische Oberfläche kann beispielsweise durch Gasadsorption (BET-Messung) bestimmt werden. In method step A), according to one embodiment, silicon nitride (Si 3 N 4 ) and aluminum nitride (AlN) and / or calcium nitride (Ca 3 N 2 ) may be selected or used as the nitride. A crucial parameter for the reactivity of such nitrides is their specific surface area. The specific surface here means the surface of the material per weight unit. The specific surface area can be determined, for example, by gas adsorption (BET measurement).
Die spezifische Oberfläche des Siliziumnitrids ist größer oder gleich 5 m2/g und kleiner oder gleich 100 m2/g. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die spezifische Oberfläche zumindest des Siliziumnitrids aus dem Bereich von 10 m2/g bis 30 m2/g, beispielsweise 11 m2/g ausgewählt. Insbesondere ist die spezifische Oberfläche von Siliziumnitrid aus einem Bereich von 10 bis 15 m2/g ausgewählt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die spezifische Oberfläche von Aluminiumnitrid aus einem Bereich von 1 bis 25 m2/g, insbesondere 1 bis 15 m2/g, beispielsweise 3 m2/g ausgewählt. Je reaktiver das oder die eingesetzten Nitride, beispielsweise Siliziumnitrid sind, desto niedriger kann die Synthesetemperatur gewählt werden und desto fein verteilter wird das hergestellte Precursormaterial. Bei einer zu hohen spezifischen Oberfläche, beispielsweise von größer als 100 m2/g besteht die Gefahr, dass die resultierenden pulverförmigen Precursormaterialien zu stark sintern. Außerdem besteht die Gefahr einer oxidischen Verunreinigung durch die erhöhte Reaktivität der Oberfläche. Analoges gilt für AlN ab einer spezifischen Oberfläche größer als 25 m2/g.The specific surface area of the silicon nitride is greater than or equal to 5 m 2 / g and less than or equal to 100 m 2 / g. In accordance with at least one embodiment, the specific surface area of at least the silicon nitride is selected from the range of 10 m 2 / g to 30 m 2 / g, for example 11 m 2 / g. In particular, the specific surface area of silicon nitride is selected from a range of 10 to 15 m 2 / g. In accordance with at least one embodiment, the specific surface area of aluminum nitride is selected from a range of 1 to 25 m 2 / g, in particular 1 to 15 m 2 / g, for example 3 m 2 / g. The more reactive the nitride or nitrides used, for example silicon nitride, the lower the synthesis temperature can be selected and the more finely distributed is the precursor material produced. If the specific surface area is too high, for example greater than 100 m 2 / g, there is a risk that the resulting pulverulent precursor materials sinter too much. In addition, there is a risk of oxide contamination due to the increased reactivity of the surface. The same applies to AlN from a specific surface area greater than 25 m 2 / g.
Im Gegensatz zu einem grobkörnigen Precursormaterial, meint hier ein fein verteiltes und/oder pulverförmiges Precursormaterial, dass das Precursormaterial einen geringen ersten Korngrößenwert d50 und/oder einen geringen zweiten Korngrößenwert d90 aufweist. Insbesondere weist der erste Korngrößenwert d50 einen Wert kleiner oder gleich 2 µm und/oder der zweite Korngrößenwert d90 einen Wert kleiner oder gleich 3,5 µm auf.In contrast to a coarse-grained precursor material, a finely divided and / or pulverulent precursor material here means that the precursor material has a low first grain size value d 50 and / or a small second grain size value d 90 . In particular, the first grain size value d 50 has a value less than or equal to 2 μm and / or the second grain size value d 90 has a value less than or equal to 3.5 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform können im Verfahrensschritt A) die Edukte stöchiometrisch eingewogen werden. Alternativ können die Edukte auch nichtstöchiometrisch eingewogen werden, wobei zumindest ein Edukt oder Ausgangssubstanz im Überschuss eingewogen werden kann, um eventuell Abdampfungsverluste während der Herstellung zu kompensieren. Beispielsweise können Edukte, welche Erdalkalikomponenten umfassen, im Überschuss eingewogen werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Verfahrensschritt A) als Edukte Carbonate, Oxide, Nitride, Carbide, Metalle und/oder Halogenide eingesetzt. In accordance with at least one embodiment, the starting materials can be weighed stoichiometrically in process step A). Alternatively, the reactants can also be weighed in non-stoichiometric, wherein at least one reactant or starting material can be weighed in excess, to compensate for any evaporation losses during production. For example, reactants comprising alkaline earth components can be weighed in excess. In accordance with at least one embodiment, in process step A), carbonates, oxides, nitrides, carbides, metals and / or halides are used as starting materials.
Dabei können Erdalkaliverbindungen oder Alkaliverbindungen aus Legierung, Hydriden, Siliziden, Nitriden, Halogeniden, Oxiden, Amiden, Aminen, Carbonaten, Metalle und Mischungen dieser Verbindungen und/oder Metalle ausgewählt werden. Bevorzugt werden Calciumnitrid, Strontiumcarbonat und/oder Strontiumnitrid eingesetzt. In this case, alkaline earth compounds or alkali metal compounds of alloy, hydrides, silicides, nitrides, halides, oxides, amides, amines, carbonates, metals and mixtures of these compounds and / or metals can be selected. Calcium nitride, strontium carbonate and / or strontium nitride are preferably used.
Eine Siliziumverbindung kann aus Siliziumnitriden, Erdalkalisiliziden, Siliziumdiimiden, Siliziumhydriden, Siliziumoxid, Silizium oder Mischungen dieser Verbindungen und/oder des Siliziums ausgewählt werden. Bevorzugt wird Siliziumnitrid eingesetzt, das stabil leicht verfügbar und günstig ist. A silicon compound may be selected from silicon nitrides, alkaline earth silicides, silicon diimides, silicon hydrides, silicon oxide, silicon, or mixtures of these compounds and / or silicon. Preferably, silicon nitride is used which is stably readily available and inexpensive.
Eine Aluminiumverbindung kann aus Legierungen, Oxiden, Nitriden, Metallen und Mischungen dieser Verbindungen und/oder Metalle ausgewählt werden. Bevorzugt wird Aluminiumnitrid eingesetzt, das stabil leicht verfügbar und günstig ist. An aluminum compound may be selected from alloys, oxides, nitrides, metals and mixtures of these compounds and / or metals. Preferably, aluminum nitride is used, which is stably readily available and inexpensive.
Verbindungen aus der Gruppe der Lanthanoide, beispielsweise Verbindungen von Europium, können Oxide, Nitride, Halogenide, Hydride, Metalle oder Mischungen dieser Verbindungen und/oder Metalle ausgewählt werden. Bevorzugt wird Europiumoxid eingesetzt, das stabil leicht verfügbar und günstig ist. Compounds from the group of lanthanides, for example compounds of europium, oxides, nitrides, halides, hydrides, metals or mixtures of these compounds and / or metals can be selected. Preference is given to using europium oxide, which is stable, readily available and inexpensive.
Die Schüttdichte der Edukte ist ein Maß für die Partikelgröße des resultierenden Precursormaterials. Im Verfahrensschritt A) sollte insbesondere darauf geachtet werden, dass die Schüttdichte der Edukte gering ist. Je komprimierter die pulverförmige Mischung der Edukte im Verfahrensschritt A) ist, desto grobkörniger wird das resultierende pulverförmige Precursormaterial. Eine geringe Schüttdichte führt hingegen zu einem fein verteilten Precursormaterial. Die Schüttdichte kann durch Sieben beeinflusst werden.The bulk density of the educts is a measure of the particle size of the resulting precursor material. In process step A), particular care should be taken to ensure that the bulk density of the educts is low. The more compressed the pulverulent mixture of the educts in process step A), the coarser the resultant powdery precursor material becomes. On the other hand, a low bulk density leads to a finely distributed precursor material. The bulk density can be influenced by sieving.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Siliziumnitrid im Verfahrensschritt A) teilkristallin oder kristallin. Damit kann ein pulverförmiges fein verteiltes Precursormaterial erzeugt werden. Die Kristallinität des Nitrids hat einen Einfluss auf die Partikelgröße oder Korngröße bzw. Korngrößenwert des pulverförmigen Precursormaterials. In accordance with at least one embodiment, the silicon nitride in process step A) is partially crystalline or crystalline. Thus, a powdery finely divided precursor material can be produced. The crystallinity of the nitride has an influence on the particle size or grain size or grain size value of the pulverulent precursor material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt A) zusätzlich ein Schmelzmittel zugesetzt. Alternativ kann auch auf ein Schmelzmittel im Verfahrensschritt A) verzichtet werden. Das Schmelzmittel kann für die Verbesserung der Kristallinität und zur Unterstützung des Kristallwachstums des pulverförmigen Precursormaterials eingesetzt werden. Zum anderen kann durch die Zugabe des Schmelzmittels die Reaktionstemperatur oder Glühtemperatur herabgesetzt werden. Die Edukte können mit dem Schmelzmittel homogenisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Schmelzmittel auch nach der ersten Glühung dem Precursormaterial zugesetzt werden. Die Homogenisierung kann beispielsweise in einer Mörsermühle, einer Kugelmühle, einem Turbulentmischer, einem Flugscharmischer oder mittels anderer geeigneter Methoden erfolgen. In accordance with at least one embodiment, a flux is additionally added in process step A). Alternatively, it is also possible to dispense with a flux in process step A). The flux can be used for improving the crystallinity and promoting the crystal growth of the powdery precursor material. On the other hand, the addition of the melting agent, the reaction temperature or annealing temperature can be reduced. The educts can be homogenized with the flux. Alternatively or additionally, the flux can also be added to the precursor material after the first annealing. The homogenization can be carried out, for example, in a mortar mill, a ball mill, a turbulent mixer, a flysch mixer or by other suitable methods.
In dem Verfahren kann der Verfahrensschritt B) mindestens ein Mal durchgeführt werden. Insbesondere kann der Verfahrensschritt B) ein bis fünfmal, insbesondere ein bis dreimal, beispielsweise zweimal durchgeführt werden. Durch die Anzahl der Glühungen mit jeweils anschließendem Mahlen und gegebenenfalls Sieben kann die Partikelgröße oder Korngröße bzw. der Korngrößenwert des resultierenden Precursormaterials beeinflusst werden. Nach der letzten durchgeführten Glühung wird die Mischung gemahlen und gesiebt. In the method, method step B) can be carried out at least once. In particular, the method step B) can be carried out one to five times, in particular one to three times, for example twice. By the number of anneals, each with subsequent grinding and optionally screening the particle size or grain size or the grain size value of the resulting precursor material can be influenced. After the last annealing, the mixture is ground and sieved.
In dem Verfahren wird das Glühen im Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 1550°C durchgeführt. In the process, the annealing in process step B) is carried out at a temperature of less than or equal to 1550 ° C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur von 1200 bis 1550 °C, insbesondere 1200 bis 1500 °C, beispielsweise 1450 °C durchgeführt. Durch die Auswahl der Temperatur kann die Korngröße bzw. der Korngrößenwert des resultierenden pulverförmigen Precursormaterials beeinflusst werden. Die Temperatur bezeichnet hier die Maximaltemperatur oder die maximale Synthesetemperatur im Verfahrensschritt B). Die in diesem Verfahren gewählte Synthesetemperatur ist niedriger als jene Temperaturen von herkömmlichen Verfahren. Die Anwendung niedrigerer Temperaturen im Verfahrensschritt B) führt zu einer verbesserten Sinterfähigkeit, wenn das pulverförmige Precursormaterial weiter verarbeitet wird. Häufig führen geringe Synthesetemperaturen bei nitridischen Precursormaterialien oder Leuchtstoffen zur Ausbildung von Nebenphasen. Durch geeignete Wahl reaktiver Edukte kann trotz geringer Synthesetemperatur die Bildung von Nebenphasen vermieden werden und ein fein verteiltes Precursormaterial erhalten werden.In accordance with at least one embodiment, process step B) is carried out at a temperature of 1200 to 1550 ° C., in particular 1200 to 1500 ° C., for example 1450 ° C. By selecting the temperature, the grain size or the grain size value of the resulting powdery precursor material can be influenced. The temperature here denotes the maximum temperature or the maximum synthesis temperature in process step B). The synthesis temperature chosen in this method is lower than those of conventional methods. The use of lower temperatures in process step B) leads to an improved sinterability when the powdery precursor material is further processed. Frequently, low synthesis temperatures in the case of nitride precursor materials or phosphors lead to the formation of secondary phases. By a suitable choice of reactive educts, the formation of secondary phases can be avoided despite a low synthesis temperature and a finely distributed precursor material can be obtained.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während des Glühens im Verfahrensschritt B) eine Haltezeit eingehalten, die aus dem Bereich von einer Minute bis 24 Stunden ausgewählt ist. Insbesondere ist die Haltezeit aus dem Bereich eine Stunde bis acht Stunden, beispielsweise aus dem Bereich eine Stunde bis vier Stunden, beispielsweise zwei Stunden ausgewählt. Unter Haltezeit ist die Zeit zu verstehen, während der die maximale Temperatur gehalten wird. Zusammen mit der Aufheiz- und Abkühlzeit ergibt die Haltezeit die gesamte Glühdauer. Mit der Haltezeit kann die Partikelgröße des resultierenden pulverförmigen Precursormaterials ebenfalls beeinflusst werden. According to at least one embodiment, during the annealing in process step B), a hold time is selected, which is selected from the range of one minute to 24 hours. In particular, the hold time is selected from the range of one hour to eight hours, for example, in the range of one hour to four hours, for example, two hours. Holding time is the time during which the maximum temperature is maintained. Together with the heat-up and cool-down time, the hold time gives the total annealing time. With the holding time, the particle size of the resulting powdery precursor material can also be influenced.
Ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der Partikelgröße des resultierenden pulverförmigen Precursormaterials sind die Aufheiz- und Abkühlrampen. Diese können beispielsweise je nach Ofentyp ausgewählt werden. Ein Ofentyp ist beispielsweise ein Rohrofen, ein Kammerofen oder ein Durchschubofen. Another parameter for influencing the particle size of the resulting powdery precursor material are the heating and cooling ramps. These can be selected, for example, depending on the type of furnace. An oven type is, for example, a tube furnace, a chamber furnace or a push-through furnace.
Die Glühung kann in einem Tiegel beispielsweise aus Wolfram, Molybdän, Korund, Aluminia, Graphit oder Bornitrid erfolgen. Dabei kann der Tiegel eine Auskleidung beispielsweise aus Molybdän oder eine Auskleidung aus Saphir aufweisen. Das Glühen kann in einem gasdichten Ofen unter reduzierender Atmosphäre und/oder Inertgas, wie zum Beispiel in Wasserstoff, Ammoniak, Argon, Stickstoff oder Mischungen daraus erfolgen. Die Atmosphäre kann fließend oder stationär sein. Es kann zudem von Vorteil für die Qualität des resultierenden Precursormaterials sein, wenn elementarer Kohlenstoff in fein verteilter Form im Ofenraum anwesend ist. Alternativ ist es möglich, dass Kohlenstoff direkt in die Mischung der Edukte zu geben. The annealing can be carried out in a crucible, for example, tungsten, molybdenum, aluminum oxide, graphite or boron nitride. In this case, the crucible may have a lining, for example of molybdenum or a lining of sapphire. The annealing may be done in a gas tight furnace under reducing atmosphere and / or inert gas, such as in hydrogen, ammonia, argon, nitrogen, or mixtures thereof. The atmosphere can be fluid or stationary. It may also be advantageous for the quality of the resulting precursor material if elemental carbon is present in finely divided form in the furnace chamber. Alternatively, it is possible to add carbon directly into the mixture of educts.
Mehrfaches Glühen der Edukte mit oder ohne zwischengeschalteten Nachbearbeitungsprozess, wie zum Beispiel Mahlen und/oder Sieben kann die Kristallinität oder die Korngrößenverteilung weiter verbessern. Weitere Vorteile können eine niedrigere Defektdichte verbunden mit verbesserten optischen Eigenschaften des resultierenden Precursormaterials und/oder eine höhere Stabilität des resultierenden Precursormaterials sein. Multiple annealing of the reactants with or without intermediate post-processing such as milling and / or sieving can further enhance crystallinity or grain size distribution. Further advantages may be a lower defect density associated with improved optical properties of the resulting precursor material and / or a higher stability of the resulting precursor material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt dem Verfahrensschritt B) ein Verfahrensschritt C). In dem Verfahrensschritt C) kann das pulverförmige Precursormaterial in Lauge und/oder Säure gewaschen werden. Die Säure kann beispielsweise aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Salzsäuren, Schwefelsäure, Salpetersäure, Flusssäure, organische Säuren und Mischungen daraus umfasst. Die Lauge kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Kalilauge, Natronlauge und Mischungen daraus umfasst. Derartige Waschungen können die Effizienz erhöhen, wenn ein dotiertes pulverförmiges Precursormaterial hergestellt wird. Des Weiteren können dadurch Nebenphasen, Glasphasen oder andere Verunreinigungen entfernt werden sowie eine Verbesserung der optischen Eigenschaften des pulverförmigen Precursormaterials erreicht werden. In accordance with at least one embodiment, method step B) is followed by a method step C). In process step C), the pulverulent precursor material can be washed in caustic and / or acid. The acid may, for example, be selected from a group comprising hydrochloric acids, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, organic acids and mixtures thereof. The liquor may be selected from a group comprising potassium hydroxide, caustic soda and mixtures thereof. Such washes can increase the efficiency when preparing a doped powdered precursor material. Furthermore, as a result secondary phases, glass phases or other impurities can be removed and an improvement in the optical properties of the pulverulent precursor material can be achieved.
Es wird weiterhin ein pulverförmiges Precursormaterial angegeben, das mit einem Verfahren gemäß den obigen Ausführungen hergestellt ist. Furthermore, a powdery precursor material is produced, which is produced by a method according to the above statements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das pulverförmige Precursormaterial durch einen ersten Korngrößenwert d50 und/oder einen zweiten Korngrößenwert d90 gekennzeichnet. Insbesondere weist das pulverförmige Precursormaterial einen ersten Korngrößenwert d50 und einen zweiten Korngrößenwert d90 auf. Der erste Korngrößenwert d50 kann kleiner oder gleich als 2 µm und/oder der zweite Korngrößenwert d90 kann kleiner oder gleich als 3,5 µm sein. Als erster Korngrößenwert d50 wird im Folgenden, wenn nichts anderes angegeben, der Wert d50 verstanden, der so definiert ist, dass 50 % des Materials bezogen auf den Volumenanteil unterhalb und/oder 50 % des Materials bezogen auf den Volumenanteil oberhalb dieser Größe beziehungsweise dieses Durchmessers liegt. Der zweite Korngrößenwert d90 wird hier, wenn nichts anderes angegeben, so definiert, dass 90 % des Materials bezogen auf den Volumenanteil unterhalb und/oder 10 % des Materials bezogen auf den Volumenanteil oberhalb dieser Größe beziehungsweise dieses Durchmessers liegt. Der Begriff Korngröße oder Korngrößenwert soll in diesem Zusammenhang sowohl die Primärkorngröße eines einzelnen Korns als auch die Agglomerationskorngröße umfassen. Der erste bzw. zweite Korngrößenwert kann mittels Laserbeugung bestimmt werden. Die Partikelgröße kann durch den d50 und/oder d90-Wert beschrieben werden.In accordance with at least one embodiment, the powdery precursor material is characterized by a first grain size value d 50 and / or a second grain size value d 90 . In particular, the powdery precursor material has a first particle size value d 50 and a second particle size value d 90 . The first grain size value d 50 may be less than or equal to 2 μm and / or the second grain size value d 90 may be less than or equal to 3.5 μm. As the first particle size value d 50 of the value of d, that 50% of the material obtained will be referred to, unless indicated otherwise, understood 50 that is defined based on the volume fraction below and / or 50% of the material on the volume fraction above this size or this diameter is. Unless stated otherwise, the second particle size value d 90 is defined here such that 90% of the material, based on the volume fraction, lies below and / or 10% of the material, based on the volume fraction, above this size or this diameter. The term grain size or grain size value in this context should include both the primary grain size of a single grain and the agglomeration grain size. The first or second grain size value can be determined by means of laser diffraction. The particle size can be described by the d 50 and / or d 90 value.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Korngrößenwert d50 einen Wert von 1 +/– 0,3 µm auf. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Korngrößenwert d90 einen Wert von 3 +/– 0,3 µm aufweisen. In accordance with at least one embodiment, the first grain size value d 50 has a value of 1 +/- 0.3 μm. Alternatively or additionally, the second grain size value d 90 may have a value of 3 +/- 0.3 μm.
Mit dem Verfahren wird also ein besonders fein verteiltes pulverförmiges Precursormaterial bereitgestellt, das sowohl einen sehr kleinen ersten Korngrößenwert d50 als auch einen zweiten Korngrößenwert d90 aufweist. Das fein verteilte pulverförmige Precursormaterial eignet sich zum Einsatz in optoelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Leuchtdioden. Das schließt sowohl den Einsatz des Precursors in Form von Pulver als pulverförmiger Konversionsstoff als auch die Weiterverarbeitung des Precursors zu keramischen Leuchtstoffkonvertern oder die Verwendung dieser in optoelektronischen Bauelementen ein. Letzteres ist vor allem durch die gute Sinterfähigkeit des fein verteilten pulverförmigen Precursormaterials bedingt. The method thus provides a particularly finely distributed powdery precursor material which has both a very small first particle size value d 50 and a second particle size value d 90 . The finely divided pulverulent precursor material is suitable for use in optoelectronic components, such as light-emitting diodes. This includes both the use of the precursor in the form of powder as powdered conversion substance and the further processing of the precursor to ceramic phosphor converters or the use of these in optoelectronic components. The latter is mainly due to the good sinterability of the finely divided powdery precursor material.
Es wird weiterhin die Verwendung des pulverförmigen Precursormaterials zur Bildung von mindestens einer keramischen Schicht eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise eine LED umfassen. Furthermore, the use of the pulverulent precursor material for forming at least one ceramic layer of an optoelectronic component is specified. The optoelectronic component can comprise, for example, an LED.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet das pulverförmige Precursormaterial eine keramische Schicht eines optoelektronischen Bauelements, wobei die keramische Schicht im Strahlengang des optoelektronischen Bauelements, welches eine Halbleiterschichtenfolge aufweist, angeordnet ist. In accordance with at least one embodiment, the powdery precursor material forms a ceramic layer of an optoelectronic component, wherein the ceramic layer is arranged in the beam path of the optoelectronic component which has a semiconductor layer sequence.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die in der Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien nicht beschränkt, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz aufweisen. Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silizium, Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien basieren. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.According to this embodiment, the semiconductor materials occurring in the semiconductor layer sequence are not limited as long as they have at least partial electroluminescence. For example, compounds of the elements selected from indium, gallium, aluminum, nitrogen, phosphorus, arsenic, oxygen, silicon, carbon, and combinations thereof are used. However, other elements and additions may be used. The active region layer sequence may be based, for example, on nitride compound semiconductor materials. "Based on nitride compound semiconductor material" in the present context means that the semiconductor layer sequence or at least a part thereof, a nitride compound semiconductor material, preferably comprises or consists of Al n Ga m In 1 nm where 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 and n + m ≤ 1. However, this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may, for example, have one or more dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und Bereiche betreffende Strukturen sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. The semiconductor layer sequence can have as active region, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). The semiconductor layer sequence can comprise, in addition to the active region, further functional layers and functional regions, for example p- or n-doped charge carrier transport layers, ie electron or hole transport layers, p- or n-doped confinement or cladding layers, buffer layers and / or electrodes and combinations it. Such structures concerning the active region or the further functional layers and regions are known to the person skilled in the art, in particular with regard to structure, function and structure, and are therefore not explained in any more detail here.
Das pulverförmige Precursormaterial kann die keramische Schicht vollständig bilden. Alternativ können weitere Zusätze, welche nicht das pulverförmige Precursormaterial beinhalten, in der keramischen Schicht eingearbeitet werden. Das pulverförmige Precursormaterial kann zu einer Keramik oder zu einer Keramikschicht weiterverarbeitet werden. Die Keramikverarbeitung kann beispielsweise durch Spark Plasma Sintern (SPS) oder Tape Casting erfolgen. The powdery precursor material can completely form the ceramic layer. Alternatively, other additives which do not include the powdery precursor material may be incorporated in the ceramic layer. The powdery precursor material can be further processed into a ceramic or a ceramic layer. The ceramic processing can be done for example by spark plasma sintering (SPS) or tape casting.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die keramische Schicht als Wellenkonversionsschicht eingesetzt. Die Wellenkonversionsschicht kann in einer Leuchtdiode, beispielsweise einer Vollkonversionsleuchtdiode, enthalten sein. Vollkonversion meint hier und im Folgenden, dass der Leuchtstoff in Form eines Pulvers oder einer keramischen Schicht die von einem Halbleiterschichtenfolge emittierende Strahlung, hier als Primärstrahlung bezeichnet, in eine Strahlung mit veränderter Wellenlänge, hier als Sekundärstrahlung bezeichnet, umgewandelt wird. Alternativ kann die keramische Schicht oder der als Pulver ausgeformte Leuchtstoff die Primärstrahlung nur teilweise in eine Sekundärstrahlung umwandeln. Teilweise bedeutet hier, dass sowohl Primärstrahlung als auch Sekundärstrahlung als Gesamtemission aus der Leuchtdiode austreten. In der Wellenlängenkonversionsschicht kann somit ein pulverförmiges Precursormaterial eingesetzt werden, das ein Leuchtstoffprecursor ist und geringe Partikelgröße und damit eine gute Sinterfähigkeit aufweist. Der Einsatz in einer Wellenlängenkonversionsschicht kann als Pulver oder als weiterverarbeitete Keramik erfolgen. In beiden Fällen kann die Wellenlängenkonversionsschicht im Strahlengang der Leuchtdiode angeordnet sein und eine emittierte Primärstrahlung teilweise oder vollständig in eine Sekundärstrahlung mit unterschiedlicher, meist längerer Wellenlänge umwandeln. In accordance with at least one embodiment, the ceramic layer is used as a wave conversion layer. The wave conversion layer can be contained in a light-emitting diode, for example a full-conversion light-emitting diode. Full conversion here and hereinafter means that the phosphor in the form of a powder or a ceramic layer is converted into the radiation of a semiconductor layer sequence, referred to herein as primary radiation, into a radiation having a different wavelength, referred to here as secondary radiation. Alternatively, the ceramic layer or the phosphor formed as a powder can only partially convert the primary radiation into secondary radiation. Partial means here that both primary radiation and secondary radiation emerge as total emission from the light emitting diode. In the wavelength conversion layer, it is therefore possible to use a powdery precursor material which is a phosphor precursor and has a small particle size and thus good sinterability. The use in a wavelength conversion layer can be carried out as a powder or as further processed ceramic. In both cases, the wavelength conversion layer can be arranged in the beam path of the light emitting diode and convert an emitted primary radiation partially or completely into a secondary radiation having a different, usually longer wavelength.
Die Wellenlängenkonversionsschicht kann mit den üblichen Keramikherstellungsverfahren, wie sie im Zusammenhang mit dem pulverförmigen Precursormaterial angegeben sind, hergestellt werden. Um eine für den Keramikherstellungsprozess benötigte kleine Partikelgröße oder Korngröße bzw. Korngrößenwert des pulverförmigen Precursormaterials und die daraus resultierende Erhöhung der Sinterfähigkeit zu erreichen, müssten grobkörniges Pulver vergleichsweise stark gemahlen werden. Dies führt allerdings unter anderem zu einer schlechteren Effizienz der Materialien aufgrund von Schädigungen infolge zumindest eines Mahlvorganges sowie Verunreinigungen, die durch den langen Mahlprozess in das Mahlgut eingetragen werden. Dies resultiert unter anderem in einer geringen Quanteneffizienz. Dadurch, dass das pulverförmige Precursormaterial mit reaktiven Edukten hergestellt wird, ist es bereits so fein verteilt, dass längere Mahlprozesse vermieden werden können. Daher kann das pulverförmige Precursormaterial zu effizienten keramischen Wellenlängenkonversionsschichten verarbeitet werden. The wavelength conversion layer can be produced by the usual ceramic production methods as stated in connection with the powdery precursor material. In order to achieve a small particle size or grain size or particle size value of the pulverulent precursor material needed for the ceramic production process and the resulting increase in the sinterability, coarse-grained powder would have to be ground comparatively strongly. However, this leads inter alia to a poorer efficiency of the materials due to damage due to at least one grinding process and impurities that are introduced by the long grinding process in the millbase. This results among other things in a low quantum efficiency. Because the powdery precursor material is produced with reactive educts, it is already so finely distributed that longer grinding processes can be avoided. Therefore, the powdery precursor material can be processed into efficient ceramic wavelength conversion layers.
Alternativ kann das pulverförmige Precursormaterial ohne Weiterverarbeitung zu einem keramischen Bauelement als pulverförmiges Konversionsmaterial in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt werden. Dazu kann das pulverförmige Precursormaterial in einen Volumenverguss verarbeitet werden. Das pulverförmige Precursormaterial kann dabei in einem Matrixmaterial, beispielsweise Silikon oder anderen geeigneten Matrixmaterialien eingebettet werden. Das pulverförmige Precursormaterial eingebettet in Matrixmaterial kann als Verguss, Schicht oder Folie ausgeformt sein. Alternatively, the powdery precursor material can be used without further processing to form a ceramic component as powdered conversion material in an optoelectronic component. For this purpose, the pulverulent precursor material can be processed in a volume casting. The powdery precursor material can be embedded in a matrix material, for example silicone or other suitable matrix materials. The powdery precursor material embedded in matrix material may be formed as a potting compound, layer or film.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Wellenlängenkonversionsschicht als Plättchen ausgeformt, wobei das Plättchen direkt auf einer Strahlungshauptseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Die Strahlungshauptseite bezeichnet hier eine Fläche der Halbleiterschichtenfolge, welche quer zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. „Direkt“ bedeutet hier und im Folgenden, dass die Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar in mechanischem Kontakt mit der Strahlungshauptseite steht. Dabei sind keine weiteren Schichten und/oder Elemente zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht und der Strahlungshauptseite angeordnet. According to at least one embodiment, the wavelength conversion layer is formed as a platelet, wherein the platelet is arranged directly on a main radiation side of the semiconductor layer sequence. The main radiation side here denotes a surface of the semiconductor layer sequence which is arranged transversely to the growth direction of the semiconductor layer sequence. "Direct" here and below means that the wavelength conversion layer is in direct mechanical contact with the main radiation side. In this case, no further layers and / or elements are arranged between the wavelength conversion layer and the main radiation side.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wandelt die Wellenlängenkonversionsschicht die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte elektromagnetische Primärstrahlung vollständig in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung um. In accordance with at least one embodiment, the wavelength conversion layer completely converts the electromagnetic primary radiation emitted by the semiconductor layer sequence into an electromagnetic secondary radiation.
Alternativ wandelt die Wellenlängenkonversionsschicht nur ein Teil, beispielsweise 70 % die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung um. Alternatively, only one part of the wavelength conversion layer, for example 70%, converts the electromagnetic primary radiation emitted by the semiconductor layer sequence into an electromagnetic secondary radiation.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wellenlängenkonversionsschicht in direktem Kontakt mit der Strahlungsquelle. So kann die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung zumindest teilweise nahe der Strahlungsquelle, beispielsweise in einem Abstand keramische Schicht und Strahlungsquelle von kleiner oder gleich 200 µm, bevorzugt kleiner oder gleich 50 µm erfolgen (so genannte "Chip Level Conversion"). According to one embodiment, the wavelength conversion layer is in direct contact with the radiation source. Thus, the conversion of the electromagnetic primary radiation in the electromagnetic secondary radiation at least partially close to the radiation source, for example in a distance ceramic layer and radiation source of less than or equal to 200 microns, preferably less than or equal to 50 microns done (so-called "chip level conversion").
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wellenlängenkonversionsschicht von der Strahlungsquelle beabstandet. So kann zumindest teilweise die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem großen Abstand zur Strahlungsquelle erfolgen. Beispielsweise in einem Abstand zwischen keramischer Schicht und Strahlungsquelle von größer oder gleich 200 µm, bevorzugt größer oder gleich 750 µm, besonders bevorzugt größer oder gleich 900 µm (so genannte "Remote Phosphor Conversion"). According to one embodiment, the wavelength conversion layer is spaced from the radiation source. Thus, at least in part, the conversion of the electromagnetic primary radiation into the electromagnetic secondary radiation can take place at a large distance from the radiation source. For example, in a distance between the ceramic layer and the radiation source of greater than or equal to 200 microns, preferably greater than or equal to 750 microns, more preferably greater than or equal to 900 microns (so-called "Remote Phosphor Conversion").
Hier und im Folgenden bezeichnen Farbangaben in Bezug auf emittierende Leuchtstoffe oder Precursormaterialien den jeweiligen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung.Herein and below, color terms with respect to emitting phosphors or precursor materials denote the respective spectral range of the electromagnetic radiation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das Precursormaterial im roten Spektralbereich. Das rot-emittierende Precursormaterial kann als Pulver oder Keramik ausgeformt sein. Das rot-emittierende Precursormaterial kann im Strahlengang eines optoelektronischen Bauelements angeordnet sein. In accordance with at least one embodiment, the precursor material emits in the red spectral range. The red-emitting precursor material may be formed as a powder or ceramic. The red-emitting precursor material can be arranged in the beam path of an optoelectronic component.
Zusätzlich kann das optoelektronische Bauelement eine Schicht, welche im gelben Spektralbereich emittiert, aufweisen. Die gelb-emittierende Schicht kann als Pulver oder Keramik ausgeformt sein. Die gelb-emittierende Schicht kann im Strahlengang eines optoelektronischen Bauelements angeordnet sein. Insbesondere können Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und/oder Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG) in einer oder als gelb-emittierende Schicht verwendet werden.In addition, the optoelectronic component may have a layer which emits in the yellow spectral range. The yellow-emitting layer may be formed as a powder or ceramic. The yellow-emitting layer can be arranged in the beam path of an optoelectronic component. In particular, yttrium aluminum garnet (YAG) and / or lutetium aluminum garnet (LuAG) may be used in one or as a yellow-emitting layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine rot- und gelb-emittierende Schicht im Strahlengang der blau emittierenden Primärstrahlung in einem optoelektronischen Bauelement angeordnet. Die Primärstrahlung wird dabei nur teilweise von den rot- und gelb-emittierenden Schichten konvertiert, so dass die Gesamtemission des optoelektronischen Bauelements für einen äußeren Betrachter als warm-weißes Licht wahrgenommen wird.In accordance with at least one embodiment, a red and yellow-emitting layer is arranged in the beam path of the blue-emitting primary radiation in an optoelectronic component. The primary radiation is thereby only partially converted by the red and yellow-emitting layers, so that the total emission of the optoelectronic component is perceived by an external observer as warm-white light.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Strahlengang des optoelektronischen Bauelements aufbauend auf den vorher genannten Ausführungsformen noch zumindest ein zusätzlicher Leuchtstoff oder ein zusätzliches Precursormaterial angeordnet. Prinzipiell kann der zusätzliche Leuchtstoff oder das zusätzliche Precursormaterial irgendeine Wellenlänge aus dem sichtbaren Spektralbereich emittieren. Insbesondere emittiert der zusätzliche Leuchtstoff oder das zusätzliche Precursormaterial im blauen Spektralbereich (440 bis 520 nm). Die Gesamtemission des optoelektronischen Bauelements kann für einen äußeren Betrachter als weißes Licht wahrgenommen werden.According to at least one embodiment, at least one additional phosphor or an additional precursor material is arranged in the beam path of the optoelectronic component based on the aforementioned embodiments. In principle, the additional phosphor or the additional precursor material can emit any wavelength from the visible spectral range. In particular, the additional phosphor or the additional precursor material emits in the blue spectral range (440 to 520 nm). The total emission of the optoelectronic component can be perceived as white light for an external observer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das pulverförmige Precursormaterial als Pulver ausgebildet und in einem optoelektronischen Bauelement angeordnet. Das Pulver ist im Strahlengang des optoelektronischen Bauelements, welches eine Halbleiterschichtenfolge aufweist, angeordnet.According to at least one embodiment, the powdery precursor material is formed as a powder and arranged in an optoelectronic component. The powder is arranged in the beam path of the optoelectronic component which has a semiconductor layer sequence.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens, des pulverförmigen Precursormaterials und seiner Verwendung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und Figuren. Further advantages and advantageous embodiments of the method, the powdery precursor material and its use will become apparent from the following embodiments and figures.
Die
die
Im Folgenden werden Vergleichsbeispiele V1, V2 und V3 zur Herstellung eines grobkörnigen Precursormaterials und Ausführungsbeispiele A1, A2 und A3 zur Herstellung von fein verteilten pulverförmigen Precursormaterialien angegeben. In the following, comparative examples V1, V2 and V3 for the production of a coarse-grained precursor material and exemplary embodiments A1, A2 and A3 for the production of finely divided pulverulent precursor materials are indicated.
Vergleichsbeispiel V1: Herstellung von CaAlSiN3:Eu Comparative Example C1: Preparation of CaAlSiN 3 : Eu
50 g Ca3N2, 41 g AlN, 47 g Si3N4 (spezifische Oberfläche ungefähr 11 m2/g) und 5 g Eu2O3 werden unter Schutzgasatmosphäre eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Eduktmischung leicht verdichtet für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1550 °C und 1800 °C geglüht. Anschließend können weitere Glühungen zur Anpassung der Korngröße bzw. des Korngrößenwerts, ebenfalls unter reduzierender Atmosphäre, zwischen 1550 °C und 1800 °C erfolgen. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert ein grobkörniger Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel CaAlSiN3:Eu. Der in
Vergleichsbeispiel V2: Herstellung von CaAlSiN3:EuComparative Example C2 Preparation of CaAlSiN 3 : Eu
50 g Ca3N2, 41 g AlN, 47 g amorphes Si3N4 (spezifische Oberfläche ungefähr 110 m2/g) und 5 g Eu2O3 werden unter Schutzgasatmosphäre eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Eduktmischung leicht verdichtet für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1800 °C, zum Beispiel bei 1450 °C geglüht. Anschließend können weitere Glühungen zur Anpassung der Korngröße bzw. des Korngrößenwerts, ebenfalls unter reduzierender Atmosphäre, zwischen 1300 °C und 1800 °C, zum Beispiel bei 1450 °C erfolgen. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert ein grobkörniger Leuchtstoff. 50 g of Ca 3 N 2 , 41 g of AlN, 47 g of amorphous Si 3 N 4 (specific surface area about 110 m 2 / g) and 5 g of Eu 2 O 3 are weighed in under a protective gas atmosphere and homogenized. Subsequently, the educt mixture is slightly compacted for several hours under reducing atmosphere in the tube or chamber furnace at temperatures between 1300 ° C and 1800 ° C, for example, annealed at 1450 ° C. Subsequently, further annealing to adjust the grain size or the grain size value, also under reducing atmosphere, between 1300 ° C and 1800 ° C, for example at 1450 ° C take place. After subsequent grinding and sieving of the annealing cake results in a coarse-grained phosphor.
Vergleichsbeispiel V3: Herstellung von CaAlSiN3:EuComparative Example C3: Preparation of CaAlSiN 3 : Eu
50 g Ca3N2, 41 g AlN, 47 g amorphes Si3N4 (spezifische Oberfläche ungefähr 103 bis 123 m2/g) und 5 g Eu2O3 werden unter Schutzgasatmosphäre eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Eduktmischung leicht verdichtet für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1800 °C, zum Beispiel bei 1450 °C geglüht. Anschließend können weitere Glühungen zur Anpassung der Korngröße bzw. des Korngrößenwerts, ebenfalls unter reduzierender Atmosphäre, zwischen 1300 °C und 1800 °C, zum Beispiel bei 1450 °C erfolgen. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert ein grobkörniger Leuchtstoff. Der grobkörnige Leuchtstoff weist einen ersten Korngrößenwert d50 von 2,3 µm und einen zweiten Korngrößenwert d90 von 4,9 µm auf (
Ausführungsbeispiel A1: Herstellung von CaAlSiN3:Eu Exemplary embodiment A1: Preparation of CaAlSiN 3 : Eu
82 g Ca3N2, 68 g AlN, 78 g Si3N4 (spezifische Oberfläche ungefähr 11 m2/g) und 1 g Eu2O3 werden unter Schutzgasatmosphäre eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Eduktmischung leicht verdichtet für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1550 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert ein feinkörniges und sehr reaktives pulverförmiges Precursormaterial. Dieses Precursormaterial kann für keramische Materialien verwendet werden. Dieses pulverförmige Precursormaterial besteht neben der Phase CaAlSiN3:Eu aus dem Zwischenprodukt CaSiN2:Eu und noch unreagiertem AlN. Letztere setzen sich bei der Keramikherstellung vollständig zu dem gewünschten CaAlSiN3:Eu um. 82 g of Ca 3 N 2 , 68 g of AlN, 78 g of Si 3 N 4 (specific surface area about 11 m 2 / g) and 1 g of Eu 2 O 3 are weighed in under a protective gas atmosphere and homogenized. Subsequently, the starting material mixture is slightly densified for several hours under a reducing atmosphere in the tube or chamber furnace at temperatures between 1300 ° C and 1550 ° C annealed. After subsequent grinding and sieving of the annealing cake results in a fine-grained and very reactive powdery precursor material. This precursor material can be used for ceramic materials. In addition to the phase CaAlSiN 3 : Eu, this powdery precursor material consists of the intermediate CaSiN 2 : Eu and still unreacted AlN. The latter convert completely to the desired CaAlSiN 3 : Eu in ceramic production.
Ausführungsbeispiel A2: Herstellung von CaAlSiN3:Eu Exemplary embodiment A2: Preparation of CaAlSiN 3 : Eu
82 g Ca3N2, 68 g AlN, 78 g Si3N4 (spezifische Oberfläche ungefähr 13 m2/g) und 1 g Eu2O3 werden unter Schutzgasatmosphäre eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Eduktmischung leicht verdichtet für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1550 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert ein feinkörniges und reaktives CaAlSiN3:Eu. Das pulverförmige Precursormaterial weist einen ersten Korngrößenwert d50 von 1,2 µm und einen zweiten Korngrößenwert d90 von 2,9 µm auf. Röntgenbeugung (XRD) bestätigt die Phasenreinheit des pulverförmigen Precursormaterials. 82 g of Ca 3 N 2 , 68 g of AlN, 78 g of Si 3 N 4 (specific surface area about 13 m 2 / g) and 1 g of Eu 2 O 3 are weighed in under a protective gas atmosphere and homogenized. Subsequently, the educt mixture is slightly compressed for several hours under reducing atmosphere in the tube or chamber furnace at temperatures between Annealed at 1300 ° C and 1550 ° C. After subsequent grinding and sieving of the annealing cake results in a fine-grained and reactive CaAlSiN 3 : Eu. The pulverulent precursor material has a first particle size value d 50 of 1.2 μm and a second particle size value d 90 of 2.9 μm. X-ray diffraction (XRD) confirms the phase purity of the powdery precursor material.
Ausführungsbeispiel A3: Herstellung von CaAlSiN3:Eu Exemplary embodiment A3: Preparation of CaAlSiN 3 : Eu
82 g Ca3N2, 68 g AlN, 78 g Si3N4 (spezifische Oberfläche ungefähr 14 m2/g) und 1 g Eu2O3 werden unter Schutzgasatmosphäre eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Eduktmischung leicht verdichtet für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1550 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert ein feinkörniges und reaktives CaAlSiN3:Eu. Das pulverförmige Precursormaterial weist einen ersten Korngrößenwert d50 von 1,3 µm und einen zweiten Korngrößenwert d90 von 3,3 µm auf. Röntgenbeugung (XRD) bestätigt die Phasenreinheit des pulverförmigen Precursormaterials. 82 g of Ca 3 N 2 , 68 g of AlN, 78 g of Si 3 N 4 (specific surface area about 14 m 2 / g) and 1 g of Eu 2 O 3 are weighed in under a protective gas atmosphere and homogenized. Subsequently, the starting material mixture is slightly densified for several hours under a reducing atmosphere in the tube or chamber furnace at temperatures between 1300 ° C and 1550 ° C annealed. After subsequent grinding and sieving of the annealing cake results in a fine-grained and reactive CaAlSiN 3 : Eu. The pulverulent precursor material has a first particle size value d 50 of 1.3 μm and a second particle size value d 90 of 3.3 μm. X-ray diffraction (XRD) confirms the phase purity of the powdery precursor material.
Die
Aus der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass bei Verwendung eines Si3N4 mit einer spezifischen Oberfläche von größer oder gleich 5 m2/g und kleiner oder gleich 100 m2/g als Edukt und eine Temperatur beim Glühen im Verfahrensschritt B) von kleiner oder gleich 1550 °C ein fein verteiltes pulverförmiges Precursormaterial erzeugt werden kann, welches einen sehr geringen ersten Korngrößenwert d50 und/oder einen zweiten Korngrößenwert d90 bei entsprechend hoher Quanteneffizienz aufweist. Die Haltezeit ist niedrig und beträgt zwischen 2 und 4 Stunden.From Table 1 it can be seen that when using a Si 3 N 4 having a specific surface area of greater than or equal to 5 m 2 / g and less than or equal to 100 m 2 / g as starting material and a temperature during annealing in step B) of less than or equal to 1550 ° C, a finely divided powdered precursor material can be produced which has a very low first particle size value d 50 and / or a second particle size value d 90 with correspondingly high quantum efficiency. The hold time is low and is between 2 and 4 hours.
In folgender Tabelle 2 wird der Einfluss der spezifischen Oberfläche AA von Aluminiumnitrid AlN in m2/g auf den ersten Korngrößenwert d50 und zweiten Korngrößenwert d90 des fein verteilten pulverförmigen Precursormaterials dargestellt. Die spezifische Oberfläche von ungefähr 11 m2/g von Siliziumnitrid wurde bei allen Experimenten konstant gehalten. Aus der Tabelle 2 ergibt sich, dass eine kleine spezifische Oberfläche von Aluminiumnitrid, insbesondere eine spezifische Oberfläche von ≤ 3,6 m2/g zu kleinen Korngrößen bzw. Korngrößenwerten führen. So zeigt beispielsweise ein pulverförmiges Precursormaterial, welches mit einem Aluminiumnitrid mit einer spezifischen Oberfläche von 3,1 bis 3,6 m2/g hergestellt wurde, einen ersten Korngrößenwert d50 von 1,1 µm und einen zweiten Korngrößenwert d90 von 3,9 µm.
Es konnte gezeigt werden, dass durch die niedrige spezifische Oberfläche der Nitride (Edukte) und die geeignet gewählte Temperatur ein pulverförmiges Precursormaterial gezielt hergestellt und in seinen Sintereigenschaften bzw. seiner Oberfläche gesteuert werden kann. Damit ergibt sich die Möglichkeit, neben der Partikelgröße Einfluss auf die Packungsdichte zum Beispiel beim Tape Casting zu nehmen. Im Allgemeinen sind Precursoren mit einem hohen d90-Wert bzw. zweiten Korngrößenwert schwer oder nicht zu verarbeiten.It could be shown that due to the low specific surface area of the nitrides (educts) and the suitably selected temperature, a pulverulent precursor material can be produced in a targeted manner and controlled in its sintering properties or its surface. This gives rise to the possibility, in addition to the particle size, of influencing the packing density, for example in tape casting. In general, precursors with a high d 90 value or second particle size value are difficult or impossible to process.
Weiterhin kann die Schichtenfolge
Alternativ ist eine trägerlose Anordnung der Schichtenfolge
Der aktive Bereich ist zur Emission elektromagnetischer Primärstrahlung in eine Abstrahlrichtung geeignet. Die Schichtenfolge
Im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung ist die Wellenlängenkonversionsschicht
Alternativ können weitere Schichten und Materialien, wie beispielsweise der Verguss, zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht und der Schichtenfolge
Alternativ kann die Wellenlängenkonversionsschicht
Alternativ ist es möglich, dass das Precursormaterial in einer Vergussmasse eingebettet ist (hier nicht gezeigt) und zusammen mit dem Matrixmaterial
Die Wellenlängenkonversionsschicht
Die Wellenlängenkonversionsschicht
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die rot-emittierende Wellenlängenkonversionsschicht
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die rot-emittierende Wellenlängenkonversionsschicht
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die rot-emittierende Wellenlängenkonversionsschicht
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die rot-emittierende Wellenlängenkonversionsschicht
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Primärstrahlung eine Wellenlänge aus dem UV-Spektralbereich auf. Die Wellenlängenkonversionsschicht
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments, but the invention includes any novel feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly in the claims or Embodiments is given.
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